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Metallschaum kann auch aus dem 3D-Drucker kommen

Bauteile aus Metallschaum – oder genauer gesagt Bauteile aus hybriden porösen „HyPo“-Materialien – lassen sich auch additiv fertigen. Vorteil des per 3D-Drucker gefertigten Metallschaums ist, dass die Luftkammern sich akkurat anordnen lassen. Solche Bauteile können auf spezielle Anwendungsfälle hin optimiert werden. Denn die gradierte Einstellung der Porenstruktur im Inneren des Bauteils lässt mehr Optionen zu als chaotisch entstandene Zellen im Metall, wie sie sich beim oben beschriebenen Schäumen durch Gas ausbilden. So könnten im 3D-Drucker Maschinenkomponenten passgenau und mit exakt definierten Eigenschaften entstehen. Eine gradierte Einstellung von Porenstruktur und Eigenschaftsprofilen ist in einem monolithisch hergestellten Material nur schwer bis gar nicht möglich. „Das ist so, weil entweder der Herstellungsprozess oder die weitere Bearbeitung bis zur endgültigen Bauteilgeometrie nicht zu den finalen Anforderungsbedingungen der Beanspruchung passen“, so Thomas Hassel vom Institut für Werkstoffkunde der Leibniz Universität Hannover (LUH). Die additive Fertigung schaffe aber eine endkonturnahe Herstellung von Bauteilen und an den entsprechenden Stellen gleichzeitig die Gradierung wunschgemäß einzubringen.

„HyPo“-Materialien verbessern Maschinen und Anlagen

Welche konkreten Anwendungen es dazu im Werkzeugmaschinenbau gibt und wie das innovative Material dabei helfen kann, Effizienz und Nachhaltigkeit im industriellen Umfeld zu steigern, ist Gegenstand der LUH-Forschung. Im Fokus stehen dabei Komponenten einer Werkzeugmaschine (Werkzeugwechsler, Werkzeughalter, Spindelschlitten), die hinsichtlich ihrer Steifigkeit, Dämpfung, ihres thermoelastischen Verhaltens, ihrer Unwucht sowie ihrer Härte und Oberflächenqualität untersucht würden. Durch die Implementierung der „HyPo“-Bauteile – etwa in eine Fräsmaschine bekommt man dann heraus, welche Vorteile sich durch die gradierten Bauteile ergeben. „Dabei soll das Betriebsverhalten während der Bearbeitung analysiert werden, weil die Fräsbearbeitung eine große Bandbreite unterschiedlicher Lastfälle umfasst“, erklärt Hassel. So wird es möglich, den Einfluss des „HyPo“-Bauteils auf die mechanischen und thermischen Maschineneigenschaften zu erkennen. Die Performance der Maschine kann daraufhin wesentlich verbessert werden.

PFAS haben einfach unerreicht gute Eigenschaften

Mehr Nachhaltigkeit durch Leichtbaumaterialien ist auch einer von vielen Ansätzen, um die Umweltbilanz in der industriellen Produktion zu verbessern. Verstärkt in den Blick geraten unterdessen auch umweltschonende Alternativen für so genannte „Ewigkeitschemikalien“ – als umweltschädlich eingestufte per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), die in der Produktion insbesondere dort zum Einsatz kommen, wo extreme Verhältnisse herrschen. Man denke an hohe Temperaturen, starken Abrieb oder aggressive chemische Medien. PFAS kommen unter anderem in Dichtungen, Leitungen oder Armaturen vor, damit Systeme das aushalten. Ob eine Substitution von PFAS möglich seo, sei je nach Anwendungsfall individuell zu bewerten und ließe sich nicht pauschal beantworten. Das ist jedenfalls die Meinung von Frank Schönberger, Abteilungsleitung Synthese und Formulierung am Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF aus Darmstadt. Denn ein 1:1-Ersatz von Fluorpolymeren ist in der Regel nicht möglich, sondern hängt immer von den individuellen Anforderungen der jeweiligen Anwendung ab.

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